TWI501425B - Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Soko Kagaku Co Ltd
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Description

氮化物半導體元件及其製造方法
本發明係關於氮化物半導體元件及其製造方法，特別是關於被利用於發光二極體、雷射二極體等的發光中心波長約365nm以下的氮化物半導體發光元件及其製造方法，進而詳言之，是關於用於元件的n電極與p電極的電極構造。
從前，LED(發光二極體)或半導體雷射等氮化物半導體發光元件，在藍寶石等之基板上藉由磊晶成長形成由複數氮化物半導體層所構成的發光元件構造者存在著很多。氮化物半導體層，係以一般式Al1-x-y Gax Iny N(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)表示。
發光元件構造，具有在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間，被夾著單一量子井構造(SQW：Single-Quantum-Well)或者多重量子井構造(MQW：Multi-Quantum-Well)之氮化物半導體層所構成的活性層之雙異性(double hetero)構造。活性層為AlGaN系半導體層的場合，藉由調整AlN莫耳分率(亦稱為AlN組成比)，可以使能帶間隙能、在以GaN與AlN可取得的能帶間隙能(約3.4eV與約6.2eV)分別為下限及上限的範圍內進行調整，而得到發光波長由約200nm至約365nm為止的紫外線發光元件。具體而言，藉由從p型氮化物半 導體層往n型氮化物半導體層流以順方向電流，於活性層產生因應於前述能帶間隙能的發光。
為了由外部供給該順方向電流，分別於p型氮化物半導體層上設p電極，在n型氮化物半導體層上設n電極。圖10係模式顯示一般的發光二極體之元件構造。圖10所示的發光二極體，係在藍寶石基板等之上堆積氮化物半導體層而形成的模板100上，依序堆積n型氮化物半導體層101、活性層102、p型氮化物半導體層103，使p型氮化物半導體層103與活性層102之一部分，蝕刻除去至n型氮化物半導體層101露出為止，於n型氮化物半導體層101的露出面形成n電極104，於p型氮化物半導體層103的表面形成p電極105而構成。
活性層為AlGaN系半導體層的場合，挾住活性層的n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層，以比活性層更高的AlN莫耳分率之AlGaN系半導體層構成。因此，一般進行的是使n電極及p電極分別為2層以上之層積構造，使下層側，分別以能夠與n型AlGaN系半導體層及p型AlGaN系半導體層歐姆接觸的金屬層來形成，使上層側，以可以根據Au線材等進行之引線接合的Au層來形成。作為一例，作為n電極，使用由下層側起為Ti/Al/Ti/Au之4層構造，作為p電極，使用由下層側起為Ni/Au之2層構造者。此處，使來自活性層的發光為由背面側射出的場合，藉由於n電極含有Al，可以藉由使來自背面側的界面朝向活性層側反射的光在n電極朝向背面側再反射 ，而改善發光元件之外部量子效率。
通常，前述n電極及p電極，在分別進行堆積及圖案化後，為了良好地形成下層側之金屬層與n型或者p型之AlGaN系半導體層之間的歐姆接續，進行了被稱為退火(annealing)或者燒結(sintering)之熱處理。然而，藉由該熱處理，在下層側之金屬層與上層側之Au之間產生合金化，於各電極的表面露出Au以外之合金化的金屬而使表面狀態劣化，所以會有無法進行引線接合等的場合，特別是熱處理溫度為高溫的場合，該劣化是顯著的。
在此，作為各電極表面的熱處理導致劣化之對策，為了在各電極表面之上再形成Au層，堆積Ni等接著層與Au層而進行圖案化。然而，在該對策，成膜步驟增加，所以會有製造成本變高的問題。對此，在下列專利文獻1，提出了在下層側的Al層的表面，設由比Al更高融點的金屬所構成的障蔽金屬層，以障蔽金屬層分離Au層與Al層，防止下層側的Al及Ti與上層側之Au之合金化。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2005-354040號公報
發光波長比365nm更短波長的紫外線發光元件的場合 ，活性層的能帶間隙能成為高於GaN的能帶間隙能，挾住活性層的構成n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層的AlGaN系半導體層的能帶間隙能，設定為比活性層更大。因此，挾住活性層的構成n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層的AlGaN系半導體層的AlN莫耳分率大致必須為20%以上。
於圖1，針對n型AlGaN層之AlN莫耳分率x為0%、25%、40%、60%等4種分率進行測定的結果，顯示形成於n型Alx Ga1-x N層上的n電極(Ti/Al/Ti/Au：最下層為Ti，最上層為Au)與n型AlGaN層之接觸電阻ρC (單位：Ω cm2 )與熱處理溫度T(單位：℃)之關係。圖1所示之各點，係繪出相同的AlN莫耳分率之以相同熱處理溫度處理之複數樣本的接觸電阻之平均值，以虛線顯示的曲線，係示意各點的變化的傾向。又，接觸電阻的測定係藉由公知的TLM(Transmission Line Model)法來進行的。熱處理溫度設定於450℃~1000℃之範圍內。
由圖1之測定結果，可知在各AlN莫耳分率x，接觸電阻ρC 降低，有最低值或者成為其附近值知熱處理溫度T的範圍，AlN莫耳分率x越小，該範圍越大而且往低溫區域分布，x越大，該範圍越窄且往高溫區域移動。此外，熱處理溫度T超過該溫度範圍而上升的話，接觸電阻ρC 上升，此外，熱處理溫度T比該溫度範圍更低的場合，接觸電阻ρC 也上升，熱處理溫度T太低的話，無法形成歐姆接觸。此外，在圖1雖未顯示，但AlN莫耳分率x超過 0.6的話，接觸電阻ρC 的散亂會增大，所以要得到安定的低的接觸電阻ρC ，必須要在更高溫下熱處理。
亦即，發光波長比365nm更短波長的紫外線發光元件的場合，要以低的接觸電阻把n電極形成於n型AlGaN層上，大致必須要600℃以上的熱處理，發光波長越短的話，亦即AlN莫耳分率x變大的話，必須要在更高溫下熱處理。
其次，於圖2，顯示Ti/Al/Ti/Au之4層構造的n電極之最上層的Au與下層側金屬之合金化與熱處理溫度之關係。圖2(a)，係未進行熱處理的基準樣本的電極表面的照片，圖2(b)~(h)分別為熱處理溫度在450℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、900℃下之各熱處理樣本的電極表面的照片。又，n電極之各層的膜厚，由下層側起分別為10nm/100nm/50nm/100nm，熱處理時間以及處理真空室內的氛圍，為120秒與氮氣氛圍。圖2所示之影像，係將彩色照片黑白化且2值化之影像，可知熱處理溫度在600℃以上時，與基準樣本相較，表面的明度變亮，產生Au的合金化，是電極表面未殘存有可結合的程度之Au的狀態。實際上對以相同條件熱處理之n電極嘗試引線接合的結果，確認無法進行引線接合。
其次，於圖3，顯示Ni/Au之2層構造的p電極之最上層的Au與下層側的Ni之合金化與熱處理溫度之關係。圖3(a)，係未進行熱處理的基準樣本的電極表面的照片，圖3(b)為熱處理溫度在450℃之熱處理樣本的電極表面的照片。又，p電極之各層的膜厚，由下層側起分別 為60nm/50nm，熱處理時間以及處理真空室內的氛圍，為120秒與空氣氛圍。圖3所示之影像，係將彩色照片黑白化且2值化之影像，可知熱處理溫度在450℃時，與基準樣本相較，表面的明度變亮，產生Au的合金化，是電極表面未殘存有可結合的程度之Au的狀態。實際上對以相同條件熱處理之p電極嘗試引線接合的結果，確認無法進行引線接合。
對比以上之圖2及圖3所示的結果，與揭示於專利文獻1的內容的話，前述之4層構造的n電極與2層構造的p電極，均是即使最上層的Au之下具備比Al更高融點的Ti或者Ni，也產生了與Au之合金化，所以可知僅僅採用專利文獻1所建議的設置由比Al更高融點的金屬構成的障蔽金屬層，是無法充分抑制Au的合金化。
由以上內容，發光波長比365nm更短波長的紫外線發光元件的場合，於n電極必須要600℃以上的熱處理，於n電極與p電極之各熱處理之後再度把Au層形成於各電極上，其後不再進行熱處理之前述的電極形成方法應該是最確實的解決方法，但是在該方法，會增加電極形成的工序，Au的消耗量也會增加，所以會有製造成本高升的問題。
本發明係有鑑於前述的問題點而完成之發明，其目的在於防止氮化物半導體元件其n電極及p電極表面之Au的合金化。
為了解決前述課題，本發明提供一種氮化物半導體元件，具備：下底構造部、被形成於前述下底構造部上的，至少具有n型AlGaN系半導體層與p型AlGaN系半導體層之元件構造部，被形成於前述n型AlGaN系半導體層上的n電極接觸部、被形成於前述n電極接觸部上的n電極墊部，以及被形成於前述p型AlGaN系半導體層上的p電極；前述n型AlGaN系半導體層之AlN莫耳分率為20%以上，前述n電極接觸部，係以1層以上的金屬層構成，前述p電極之層積構造與前述n電極墊部之層積構造，係完全相同的層積構造，於最上層有Au層，在比前述最上層更為下側具有由導電性金屬氧化物所構成的防止Au的擴散之Au擴散防止層的2層以上的共通層積構造。
又，在本發明，AlGaN系半導體，係以以一般式Alx Ga1-x N(x為AlN莫耳分率，0≦x≦1)表示的3元(或2元)加工物為基板，使其能帶間隙能，在以GaN(x=0)與AlN(x=1)之能帶間隙能(約3.4eV與約6.2eV)分別為下限及上限的範圍內之3族氮化物半導體，只要滿足於該能帶間隙能的條件，也包含含有微量In的場合。
根據前述特徵之氮化物半導體元件，n電極，係以n電極接觸部與n電極墊部形成的，p電極與n電極墊部具有共通的層積構造，所以可以在n型AlGaN系半導體層上堆積及圖案化n電極接觸部，進行退火處理之後，分別同 時於p型AlGaN系半導體層上堆積及圖案化p電極，於n電極接觸部上堆積及圖案化n電極墊部，進行退火處理而形成n電極與p電極。接著，該共同層積構造具有Au擴散防止層，所以於p電極與n電極墊部之形成時的熱處理，可以防止Au的合金化。總之，與個別地堆積及圖案化從前的p電極與n電極，進行退火處理而形成的方法相比，不會增加工序，而可以防止Au的合金化。此外，Au擴散防止層，與在專利文獻1使用的障蔽金屬層不同，係由金屬氧化物構成，金屬與氧結合而處於安定狀態，所以Au擴散防止層之金屬與Au要進行結合會變得困難，可以防止Au的擴散，所以可防止比Au擴散防止層更下層側的金屬與Au之合金化。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件，前述n電極接觸部，以含有Al更佳。Al藉由熱處理擴散於下底層的n型AlGaN系半導體層內，在n電極接觸部與n型AlGaN系半導體層之間可以實現良好的歐姆接觸。此外，氮化物半導體元件為紫外線發光元件，在使用覆晶實裝之背面射出型的發光元件的場合，可以使在背面朝向元件內部反射的發光，再度在n電極往背面側反射，提高發光元件的外部量子效率。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件，前述Au擴散防止層以ITO層為較佳。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件，前述n電極接觸部，不含有Au更佳。藉此，可以節約花費於n電極形 成之Au的消耗量。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件，前述共通層積構造之最上層之前述Au層與前述Au擴散防止層之間，設有供接著前述Au層與前述Au擴散防止層之用的導電性接著層，前述導電性接著層之膜厚為前述Au層的膜厚的二分之一以下為更佳。藉此，於Au層與Au擴散防止層間的接著性不是良好的場合，可以防止Au層的剝離。此外，藉由使導電性接著層的膜厚為Au層膜厚的二分之一以下，即使Au層與導電性接著層有某個程度的合金化，也防止Au往比Au擴散防止層更為下層側之擴散，所以不會有更多的Au的侵蝕發生，因此電極表面的Au層可以維持可結合的狀態。
前述特徵之氮化物半導體元件，進而特徵為：前述元件構造部，係於前述n型AlGaN系半導體層與前述p型AlGaN系半導體層之間，具備具有AlGaN系半導體層的活性層之發光元件構造部。
進而，為了解決前述課題，本發明提供一種氮化物半導體元件之製造方法，係前述特徵之氮化物半導體元件之製造方法，具有：形成前述下底構造部之步驟，形成前述發光元件構造部之步驟，堆積及圖案化構成前述n電極接觸部的金屬層，於前述n型AlGaN系半導體層上形成前述n電極接觸部之後，施行第1退火處理的步驟，堆積及圖案化構成前述共通層積構造的多層膜，於前述n電極接觸部上形成前述n電極墊部，同時於前述p型AlGaN系半導 體層上形成前述p電極之後，施行第2退火處理的步驟。
根據前述特徵之氮化物半導體元件之製造方法的話，p電極與n電極墊部之共通層積構造具有防止Au的擴散之Au擴散防止層，所以可防止在p電極與n電極墊部形成時之第2退火處理時Au擴散而合金化。總之，與個別地堆積及圖案化從前的p電極與n電極，進行退火處理而形成的方法相比，不會增加工序，而可以防止Au的合金化。
進而，於n電極形成過程之n電極墊部之形成時，可以同時形成p電極，與分別個別形成從前的p電極與n電極的場合相比，不會增加步驟數，而可以達成前述之Au的合金化的防止。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件之製造方法，以前述第2退火處理之處理溫度，比前述第1退火處理之處理溫度更為低溫者為較佳。藉此，可以排除第2退火處理的影響，供使n電極接觸部與n型AlGaN系半導體層間之接觸電阻進行最小化之以因應於n型AlGaN系半導體層的AlN莫耳分率的最佳溫度施行第1退火處理。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件之製造方法，以前述第1退火處理之處理溫度，為700℃以上1000℃以下為較佳。
進而，前述特徵之氮化物半導體元件之製造方法，以前述第2退火處理之處理溫度，為400℃以上600℃以下為較佳。
以下，根據圖面說明相關於本發明的氮化物半導體元件之實施型態。又，在以下的說明所使用的圖式，為了說明與理解上的方便，僅強調重要部位而模式顯示發明內容，各部分的尺寸比未必相同於實際的元件之尺寸比。以下，在本實施型態，相關於本發明的氮化物半導體元件，係設想紫外線發光元件，且為發光二極體的場合而進行說明。在以下的說明，把相關於本發明之氮化物半導體元件簡稱為「發光元件」。
如圖4所示，本實施型態之發光元件1，作為在藍寶石基板2上使AlN層3與AlGaN層4成長之基板作為模板5(相當於下底構造部)來使用，具有於該模板5上，依序層積由n型AlGaN所構成的n型包覆層6、活性層7、Al莫耳分率比活性層7更大的p型AlGaN之電子阻斷層8、p型AlGaN之p型包覆層9、p型GaN之p型接觸層10的層積構造。比n型包覆層6更為上部的活性層7、電子阻斷層8、p型包覆層9、p型接觸層10的一部分，藉由反應性離子蝕刻等除去至n型包覆層6之一部分表面露出為止，在n型包覆層6上的第1區域R1被形成由n型包覆層6至p型接觸層10為止之發光元件構造部11。活性層7，作為一例，為膜厚10nm的n型AlGaN之障蔽層7a與膜厚3.5nm之AlGaN之井層7b所構成的單層的量子井構造。活性層7，只要是下側層與上側層以Al莫耳分 率大的n型及p型AlGaN層挾持的雙異質結(double hetero junction)構造即可，此外，使前述單層的量子井構造多層化之多重量子井構造亦可。進而，於p型接觸層10的表面，p電極12，在n型包覆層6的第1區域R1以外的第2區域R2的表面之一部分，被形成n電極13。
各AlGaN層，藉由有機金屬化合物氣相成長(MOVPE)法，或者是分子線磊晶(MBE)法等週知的磊晶成長法來形成，n型層的施主雜質，例如使用Si，p型層的受主雜質，例如使用Mg。又，未明確記載導電型的AlN層及AlGaN層，是未被注入不純物的未摻雜層。此外，n型AlGaN層及活性層之AlN莫耳分率，作為一例，係AlGaN層4、n型包覆層6及電子阻斷層8為20%以上100%以下，活性層7為0%以上80%以下。在本實施型態，發光元件1之峰發光波長，設想為223nm以上365nm以下的場合。在本實施型態，設想把來自井層7b的發光由藍寶石基板2側取出的背面射出型之發光元件，所以AlGaN層4的AlN莫耳分率，必須要設定為比井層7b更大，作為一例，把AlGaN層4與n型包覆層6的AlN莫耳分率設定為相同。又，使AlGaN層4的AlN莫耳分率比n型包覆層6更大亦可。
活性層7以外的發光元件構造部之各AlGaN層的膜厚，例如n型包覆層6為2000nm、電子阻斷層8為2nm、p型包覆層9為540nm、p型接觸層10為200nm。此外，針對模板5，AlN層3的膜厚，設定為2200nm以上6600nm 以下，更佳者為3000nm以上6000nm以下，AlGaN層4的膜厚，例如設定為200nm以上300nm以下的範圍。又，在本實施型態，於AlGaN層4上被形成同樣為AlGaN層之n型包覆層6，所以AlGaN層4的導電型亦可不是未摻雜層而是n型層，使AlGaN層4與n型包覆層6一體化，而僅以AlN層3構成模板5亦可。
圖5顯示發光元件1之平面俯視圖案之一例。圖5係顯示被形成p電極12及n電極13之前的第1區域R1與第2區域R2。作為一例，p電極12被形成於第1區域R1之幾乎全面，n電極13被形成於第2區域R2的幾乎全面。此外，使用於後述的實施例之發光元件1的晶片尺寸為縱橫分別800μm，第1區域R1的面積為約168000μm2 。又，圖4所示之第1區域R1，為圖5所示的第1區域R1之一部分。
在本實施型態，如後所述，於p電極12與n電極13之層積構造具有特徵，於p型AlGaN層上被形成p電極12，於n型AlGaN層上被形成n電極13，只要是作為紫外線發光元件發揮機能的元件構造，模板5及發光元件構造部11的構造及各層的膜厚或組成等，可以適當變更。
其次，參照圖6說明p電極12與n電極13之層積構造。圖6(a)係顯示n電極13之層積構造，圖6(b)係顯示p電極12之層積構造。在本實施型態，n電極13，成為n電極接觸部13a與n電極墊部13b之2段構造，n電極墊部13b與p電極12具有完全相同的層積構造(共 通層積構造)這一點為第1特徵。進而，n電極接觸部13a由1層以上的金屬層所構成，n電極墊部13b與p電極12，於最上層具有結合用的Au層14，於Au層14的下層側，具有由導電性金屬氧化物所構成的防止Au的擴散之Au擴散防止層15這一點為第2特徵。
進而，在本實施型態，作為n電極接觸部13a之適切的一例，採用由下層側起依序為Ti/Al/Ti，而膜厚為10nm/100nm/50nm之3層構造。此外，作為n電極墊部13b與p電極12之適切的一例，採用由下層側起依序為Ni/ITO/Ni/Au，而膜厚為60nm/100nm/10nm/200nm之4層構造(共通層積構造)。此處，ITO(氧化銦錫)相當於Au擴散防止層15。Au擴散防止層15，除了ITO以外，也可以使用ZnO或NiO等其他的導電性金屬氧化物。
在前述適切之一例之共通層積構造12、13b，成為p電極12的場合作為與p型接觸層10可形成良好的歐姆接觸的金屬，於最下層使用Ni層16。Au擴散防止層15，與p型接觸層10可形成良好的歐姆接觸的場合，省略最下層的Ni層16亦可。Au擴散防止層15為ITO層的場合，最下層之Ni層16可以省略。
此外，ITO層15上的Ni層17，係作為供確保在Au層14與ITO層15之間的接著性之用的接著層而發揮機能，亦即，膜厚只要有數個nm程度即已充分，在本實施型態為10nm。作為接著層之Ni層17，在膜厚變大時與Au 層14會合金化，所以厚度也以抑制於Au層14的膜厚的二分之一以下為較佳。又，Au擴散防止層15與Au層14間的密接性良好的場合，作為該接著層之Ni層17亦可省略。
n電極接觸部13a，除了前述3層構造以外，也可以是Ti/Al之2層構造，或者僅有Al之單層構造。具體而言，n電極接觸部13a，以含有Al，不含Au之構造為較佳。
其次，說明ITO層15作為Au擴散防止層而發揮機能之實證實驗的結果。在本實證實驗，準備以下之3個金屬多層膜樣本(樣本# 1~# 3)，在根據RTA(瞬間熱退火)之空氣氛圍下施以450℃，120秒之退火處理之後，側定該金屬多層膜表面之反射率。樣本# 1，係在藍寶石基板上由下層側起蒸鍍而製作了Au/Ni(膜厚50nm/60nm)之2層膜。樣本# 2，係在藍寶石基板上由下層側起蒸鍍而製作了ITO/Ni(膜厚100nm/60nm)之2層膜。樣本# 3，係在藍寶石基板上由下層側起蒸鍍而製作了Au/ITO/Ni(膜厚50nm/100nm/60nm)之3層膜。反射率之測定，係藉由以波長250nm~400nm之紫外線光源，對各樣本表面照射紫外線，使用積分球側定該反射光的強度而進行的。
於圖7顯示反射率之測定結果。由圖7，在樣本# 2與樣本# 3，幾乎觀察不到反射率的差異，而在樣本# 1與樣本# 2、# 3之間，觀察到反射率的差異。由此可知，在 樣本# 2與樣本# 3，多層膜的表面性狀沒有差異，而在樣本# 1與樣本# 2、# 3之間，多層膜的表面性狀有所差異。由此，可知在樣本# 1，產生Au與Ni之合金化，但在樣本# 3，Au與Ni之合金化藉由ITO層而被阻止。
其次，參照圖8之步驟圖說明p電極12與n電極13之形成方法。
首先，發光元件1之模板5以及發光元件構造部11之各層，如前所述藉由周知的成長方法來形成(步驟# 1、# 2)。形成模板5與發光元件構造部11後，形成成為n電極13的反轉圖案之第1光阻(步驟# 3A)，於全面把成為n電極接觸部13a的Ti/Al/Ti多層膜，藉由電子束蒸鍍法等進行堆積(步驟# 3B)。接著，藉由掀離(lift-off)除去該第1光阻，剝離該第1光阻上的Ti/Al/Ti多層膜而圖案化(步驟# 3C)，藉由RTA(瞬間熱退火)等施以第1退火處理(步驟# 3D)，在露出於第2區域R2內的n型包覆層6的表面形成n電極接觸部13a(步驟# 3)。第1退火處理的處理溫度，因應於下底的n型包覆層6的AlN莫耳分率，作為可以減低與n型包覆層6之接觸電阻的最佳處理溫度，例如設定於600℃~1000℃，較佳者為設定在700℃~1000℃之溫度範圍內。此外，在本實施型態，第1退火處理，例如以120秒，在氮氣氛圍下實施。又，第1退火處理的條件，不限於在本實施型態所例示之條件。
形成n電極接觸部13a後，形成成為p電極12與n 電極13的反轉圖案之第2光阻(步驟# 4A)，於全面把成為p電極12與n電極墊部13b的Ni/ITO/Ni/Au多層膜，藉由電子束蒸鍍法等進行堆積(步驟# 4B)。接著，藉由掀離(lift-off)除去該第2光阻，剝離該第2光阻上的Ni/ITO/Ni/Au多層膜而圖案化(步驟# 4C)，藉由RTA(瞬間熱退火)等施以第2退火處理(步驟# 4D)，在p型接觸層10的表面形成p電極12，在n電極接觸部13a上形成n電極墊部13b(步驟# 4)。第2退火處理之處理溫度，作為可以減低與p型接觸層10之接觸電阻之最佳的處理溫度，例如設定在400℃~600℃之溫度範圍內。此外，在本實施型態，第2退火處理，例如以120秒，在空氣氛圍下實施。又，第2退火處理的條件，不限於在本實施型態所例示之條件。
接著，藉由灰化處理等，乾式洗淨電極表面(步驟# 5)，進行結合(bonding)等之實裝步驟(步驟# 6)。
其次，說明對本實施型態之發光元件1(實施例1)，與從前的電極構造之發光元件(比較例1、2)之p電極與n電極，實際上進行Au線材之結合，進行是否可以進行物理上的結合之實證實驗的結果。
使用於本實驗的實施例1之n電極及p電極之電極構造，與圖6所示之構造相同，以圖8所示之要領來形成。第1退火處理之處理溫度、處理時間及氛圍氣體，為950℃、60秒、氮氣，第2退火處理之處理溫度、處理時間及氛圍氣體，為450℃、120秒、空氣。
於圖9(a)顯示使用於本實驗的比較例1之n電極及p電極的電極構造，於9(b)顯示使用於本實驗的比較例2之n電極及p電極之電極構造。比較例1，具有分別個別地形成Ti/Al/Ti/Au之4層構造的n電極與Ni/Au之2層構造的p電極，分別施以退火處理之電極構造。比較例1之n電極之各層的膜厚，由下層側起分別為10nm/100nm/50nm/100nm，n電極之退火處理的處理溫度、處理時間以及氛圍氣體與前述實施例1之第1退火處理相同。比較例1之p電極之各層的膜厚，由下層側起分別為60nm/50nm，p電極之退火處理的處理溫度、處理時間以及氛圍氣體與前述實施例1之第2退火處理相同。比較例2，具有於比較例1之p電極與n電極之各表面，不退火處理Ti/Au層而再形成之電極構造。再形成的Ti/Au層的膜厚，由下層側起為100nm/200nm。又，實施例1及比較例1、2之各n電極的下底層之n型AlGaN之AlN莫耳分率為60%，實施例1及比較例1、2之各p電極的下底層為p型GaN。
作為該實證實驗的結果，在比較例1，由於最上層的Au之合金化使得在各電極表面未殘存充分量之Au，所以物理尚無法進行結合，相對於此在實施例(發光元件1)與比較例2，結合可以良好地進行。由該結果，可知在發光元件1，藉由在n電極墊部13b與p電極12上設置ITO層15，防止最上層的Au之擴散，抑制了各電極表面的劣化。
以上，針對發光元件1之實施型態進行詳細說明。在前述實施型態，作為構成發光元件1的下底構造部及發光元件構造部，以圖4所示之模板5及發光元件構造部11為一例進行了說明，但在前述說明所例示的層積構造、膜厚、及AlGaN層的AlN莫耳分率等僅為一例，模板5及發光元件構造部11不限定於該具體例。進而，發光元件1的平面俯視形狀也不限定於圖5所例示的形狀。
進而，p電極12及n電極13之形成方法，也不以前述實施型態之具體例為限，例如，n電極接觸部13a、p電極12、及n電極墊部13b之圖案化，不一定限於掀離(lift-off)法，使用蝕刻法亦可。使用蝕刻法的場合，前述各多層膜的堆積、光阻的形成、蝕刻的順序等係藉由公知的蝕刻法來進行的，此外，n電極接觸部13a之圖案化，亦可形成為比n電極13更大。
此外，在前述實施型態，相關於本發明之氮化物半導體元件係設想為紫外線發光元件，進而設想為發光二極體的場合，但在前述實施型態說明之電極構造及其製造方法，亦可適用於雷射二極體，進而，亦可適用於紫外線受光元件。
〔產業上利用可能性〕
相關於本發明之氮化物半導體元件，可以利用於n型包覆層之AlN莫耳分率為20%以上的發光二極體等，對於p電極及n電極的表面性狀的改善是有效的。
1‧‧‧氮化物半導體元件(發光二極體)
2‧‧‧藍寶石基板
3‧‧‧AlN層
4‧‧‧AlGaN層
5‧‧‧模板(下底構造部)
6‧‧‧n型包覆層(n型AlGaN)
7‧‧‧活性層
7a‧‧‧障壁層
7b‧‧‧井層
8‧‧‧電子阻斷層(p型AlGaN)
9‧‧‧p型包覆層(p型AlGaN)
10‧‧‧p接觸層(p型GaN)
11‧‧‧發光元件構造部(元件構造部)
12‧‧‧p電極
13‧‧‧n電極
13a‧‧‧n電極接觸部
13b‧‧‧n電極墊部
14‧‧‧Au層
15‧‧‧Au擴散防止層(ITO層)
16‧‧‧Ni層
17‧‧‧Ni層(接著層)
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域
圖1係顯示形成於n型AlGaN層上的n電極與n型AlGaN層之接觸電阻與熱處理溫度T，與n型AlGaN層的AlN莫耳分率之間的關係之測定結果的特性圖。
圖2係顯示Ti/Al/Ti/Au之4層構造的n電極的熱處理溫度與表面性狀的關係之電極表面照片。
圖3係顯示Ni/Au之2層構造的p電極的熱處理溫度與表面性狀的關係之電極表面照片。
圖4係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體元件之一實施型態之層積構造的剖面圖。
圖5係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體元件之一實施型態的平面俯視圖案之平面圖。
圖6係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體元件之一實施型態之p電極及n電極之電極構造的剖面圖。
圖7係顯示ITO層作為Au擴散防止層而發揮機能之實證實驗結果。
圖8係模式顯示相關於本發明之氮化物半導體元件之一實施型態之p電極及n電極之概略形成方法之步驟圖。
圖9係模式顯示使用於結合實證實驗之2個比較例之p電極及n電極之電極構造的剖面圖。
圖10係模式顯示一般的發光二極體的概略元件構造之剖面圖。
1‧‧‧氮化物半導體元件(發光二極體)
2‧‧‧藍寶石基板
3‧‧‧AlN層
4‧‧‧AlGaN層
5‧‧‧模板(下底構造部)
6‧‧‧n型包覆層(n型AlGaN)
7‧‧‧活性層
7a‧‧‧障壁層
7b‧‧‧井層
8‧‧‧電子阻斷層(p型AlGaN)
9‧‧‧p型包覆層(p型AlGaN)
10‧‧‧p接觸層(p型GaN)
11‧‧‧發光元件構造部(元件構造部)
12‧‧‧p電極
13‧‧‧n電極
13a‧‧‧n電極接觸部
13b‧‧‧n電極墊部
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域

Claims (10)

  1. 一種氮化物半導體元件，其特徵為具備：下底構造部，被形成於前述下底構造部上的，至少具有n型AlGaN系半導體層與p型AlGaN系半導體層之元件構造部，被形成於前述n型AlGaN系半導體層上的n電極接觸部，被形成於前述n電極接觸部上的n電極墊部，以及被形成於前述p型AlGaN系半導體層上的p電極；前述n型AlGaN系半導體層之AlN莫耳分率為20%以上，前述n電極接觸部，係以1層以上的金屬層構成，前述p電極之全層的層積構造與前述n電極墊部之全層的層積構造，係完全相同的層積構造，於最上層有Au層，在比前述最上層更為下側具有由導電性金屬氧化物所構成的防止Au的擴散之Au擴散防止層的2層以上的共通層積構造。
  2. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體元件，其中前述n電極接觸部，包含Al。
  3. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體元件，其中前述Au擴散防止層為ITO層。
  4. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體元件，其中前述n電極接觸部，不含Au。
  5. 如申請專利範圍第1~4項之任一項之氮化物半導 體元件，其中前述共通層積構造之最上層之前述Au層與前述Au擴散防止層之間，設有供接著前述Au層與前述Au擴散防止層之用的導電性接著層，前述導電性接著層之膜厚為前述Au層的膜厚的二分之一以下。
  6. 如申請專利範圍第1~4項之任一項之氮化物半導體元件，其中前述元件構造部，係於前述n型AlGaN系半導體層與前述p型AlGaN系半導體層之間，具備具有AlGaN系半導體層的活性層之發光元件構造部。
  7. 一種氮化物半導體元件之製造方法，係申請專利範圍第1~6項之任一項之氮化物半導體元件之製造方法，其特徵為具有：形成前述下底構造部之步驟，形成前述元件構造部之步驟，堆積及圖案化構成前述n電極接觸部的金屬層，於前述n型AlGaN系半導體層上形成前述n電極接觸部之後，施行第1退火處理的步驟，堆積及圖案化構成前述共通層積構造的多層膜，於前述n電極接觸部上形成前述n電極墊部，同時於前述p型AlGaN系半導體層上形成前述p電極之後，施行第2退火處理的步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之氮化物半導體元件之製造方法，其中前述第2退火處理之處理溫度，比前述第1退 火處理之處理溫度更為低溫。
  9. 如申請專利範圍第7項之氮化物半導體元件之製造方法，其中前述第1退火處理之處理溫度為700℃以上1000℃以下。
  10. 如申請專利範圍第7~9項之任一項之氮化物半導體元件之製造方法，其中前述第2退火處理之處理溫度為400℃以上600℃以下。
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